高效節能蓄熱式鋼包烘烤技術在湘鋼的應用

鄧曉湖，沈 毅，林建湘，毛葉平，李茲煥，代朝永

（湖南華菱節能環保科技有限公司，湖南長沙 410007）

前言

鋼包作為盛儲鋼水的容器，也是精練設備的組成部分，擔負著盛接、精練和鋼水運輸等多重任務，隨著我國鋼鐵行業的不斷發展，產品質量和生產成本已成為鋼企發展的核心[1-2]。由于煉鋼過程中鋼包、中間包的烘烤質量對鋼水溫度有著顯著的影響，甚至可能影響連鑄的穩定生產，因此對鋼包、中間包的烘烤溫度和能耗也提出了更高的要求[3]。高效節能蓄熱式鋼包烘烤技術可以快速提高鋼包的烘烤溫度，改善鋼包烘烤效果，并降低鋼水在周轉過程中的溫降，可實現穩定生產、節能降耗和改善鋼水質量的目的[4]。

1 蓄熱式HTAC的原理和組成

HTAC技術的原理如圖1所示，2個對應的蓄熱室及其中的蓄熱體、2個蓄熱式燒嘴和相關控制系統組成了一個基本的蓄熱式燃燒系統單元。當燒嘴A工作時，另一側的燒嘴B及其蓄熱室則為排煙通道，煙氣帶出的熱量在經過燒嘴B同側蓄熱體時留在了蓄熱室中；一定時間后切換換向閥，這時燒嘴B工作，燒嘴A及同側蓄熱體則充當排煙通道，2個燒嘴就這樣交替工作。當熱煙氣流經A、B兩側的蓄熱室時，熱量會留在蓄熱室中，常溫空氣流經A、B兩側的蓄熱室時，被煙氣留在蓄熱室中的熱量預熱，然后流至爐膛燃燒。經過不斷的切換，燒嘴A、B不斷的交替工作，蓄熱體被不斷地加熱和冷卻，最終空氣能被預熱到900～1000℃左右，而廢煙氣的溫度能降低到150～200℃左右。這項技術能很好地利用熱煙氣的物理顯熱來預熱空氣，大大地提高了煙氣熱量的回收利用率[5]。

2 現狀分析

圖1 蓄熱式HTAC節能高效鋼包烘烤裝置原理及設備圖

表1 4臺烤包器改造前小時煤氣耗量表

湘鋼某分廠鋼包烘烤器是2005年投產使用的，為換熱式烘烤器，但由于使用年限較長，設備陳舊，已基本不具備換熱功能，浪費大量的能源（混合煤氣），烘烤時間長，并且達不到理想的鋼包烘烤效果。現湘鋼提出轉爐煤氣需就地使用，解決轉爐煤氣放散問題。由于轉爐煤氣相較原混合煤氣熱值較低，原有鋼包烘烤器無法使用轉爐煤氣達到鋼包烘烤溫度及時間要求。

現對 1#、2#、4#、5#共 4 臺臥式烤包器進行新型烘烤器改造，4臺烤包器改造前煤氣耗量如表1，通過表1計算可知平均耗量990 m3/h。

3 技術改造思路和方案

對上述4臺臥式鋼包烘烤器采用蓄熱式高溫空氣燃燒技術進行改造，可以極限回收高溫煙氣余熱，實行助燃空氣與燃氣的高溫預熱。改造后空氣預熱溫度升高到1000℃，燃氣預熱到400℃，改造前后均采用1.02的過剩空氣系數，通過計算，而改造后的鋼包烘烤器熱效率提高了30%。

該改造主體涉及的系統主要由供風系統、煤氣系統、燃燒蓄熱系統以及控制系統組成，各子系統突出部件主要如下：

（1）高頻空煤氣換向閥：本次改造項目采用耐高溫自動補償式換向閥，同一驅動軸驅動的，因此在換向的時候能夠確保空燃氣同時到達同一蓄熱式燒嘴，在旋轉的任意瞬間，換向閥內的兩種介質空燃氣是分開的，防止產生暴燃現象，切換動作時間0.5 s。

（2）陶瓷蓄熱體：蓄熱式燒嘴使用的蓄熱體為陶瓷蜂窩體，流通面積大70%、熱態阻損20 mmH2O；滿足15 s換向周期的傳熱要求，蓄熱體采用蜂窩體，壁厚為0.6 mm。

（3）燃氣管路布局：燃氣通道置于蜂窩蓄熱體中間，它能吸收蜂窩蓄熱體中的多余熱量，將其傳給燃氣對燃氣形成預熱，從而平衡煙氣當量保證熱量的充分利用，一方面減小煙氣當量的不平衡量，降低了排煙溫度，另一方面也提高了燃燒效率，節約了能源。

（4）控制系統：系統采用PLC進行控制，實現蓄熱換向控制、自動點火和火焰監測控制、手動/自動烘烤控制、安全聯鎖報警系統、保溫控制等。

4 改造后節能效果及問題分析

4.1 改造后節能效果

表2 4臺烤包器改造后小時煤氣耗量及節能率表

由以上數據可以看出4臺烤包器自投用到累計時間為止平均節能率為30.51%，其中1#、2#烤包器節能率均超過30%，而5#烤包器節能率只有23.74%。

表3 鋼包烘烤數據分析表

4.2 問題分析

（1）相對其他烘烤器5#烘烤器節能率較低。根據數據庫各烘烤器數據分析，5#節能率節遠低于其他烘烤器，手動烘烤次數也遠多于其他烘烤器，現場分析后得出主要原因是5#烘烤器臺車電機有問題，導致小車打滑，操作人員無法簡單操作將包蓋與鋼包扣嚴，熱量逸散嚴重，導致鋼包烘烤流量升高，同時因烘烤速度減慢，促使操作人員使用手動進行烘烤，能源浪費比較嚴重，從而影響節能率。

（2）改造初期，點火槍堵塞較為頻繁，導致熄火報警。現場對點火槍拆卸并檢查發現，管道堵塞物均為煤氣焦油及其他雜質，分析原因為因煤氣較臟，導致點火槍堵塞。根據現場煤氣條件及壓力情況，對點火槍內部結構進行改進，改進后的點火槍穩定使用半年未出現堵塞現象。

（3）設備運行半年后，煤氣切斷閥出現關不死狀態。拆閥檢查維護發現，現場閥板鍍鉻層嚴重腐蝕，積垢較為嚴重，導致閥座密封圈磨損嚴重。分析為煤氣雜質較多，腐蝕性較強，同時閥門水平低位安裝導致閥門腐蝕嚴重。做出修改方案，重新制作閥體及閥板，使用耐腐蝕SUS630，更加耐腐蝕。同時改變安裝方式，更換為豎直安裝，減少腐蝕。

（4）設備包蓋密封不嚴，導致節能率下降，以及臺車車輪因溫度過高彎曲。現場特別是預備包包沿鋼渣較多，導致包蓋密封不嚴，能量逸散嚴重，環境溫度較高。根據現場情況修改包蓋方案，通過機械手段防止因鋼渣較多導致的包蓋密封不嚴。

5 結論

（1）與改造前烤包系統相比，新型節能蓄熱高溫燃燒技術的烤包系統可實現轉爐煤氣就地消納，且節氣率平均30%左右，達到鋼包烘烤的先進水平。

（2）新型烤包系統加熱鋼包速度快且均勻，鋼包升溫曲線平穩規律，在線鋼包溫度達到1100℃，火焰直達包底，火焰剛性充足，縮短鋼包平均烘烤時間至4 h左右。

（3）原鋼包烘烤器煤氣能耗990 m3/h，作業率50%。烘烤器技術升級后，節約煤氣率約30%，全年可節約混合煤氣520萬m3，折合年發電效益約為380萬元，節能效果顯著。

[1]田旺遠.蓄熱式烤包器的研制與應用[J].冶金動力，2012（6）：91-92.

[2]康建國，候志昌.高效節能烘烤技術在寶鋼鋼包及中間包的應用[J]. 寶鋼技術，2016（5）：50-54.

[3]溫德智，歐儉平.蓄熱式鋼包烘烤技術在漣鋼的應用[J].湖南冶金，2005,33（4）：25-28.

[4]賈城，閆振武，藺云志.蓄熱式燃燒技術在煉鋼廠烤包器上的應用[J].煉鋼，2008，24（1）:51-52.

[5] 李淑芬. 鋼包烘烤裝置的發展[J].冶金能源，2003，22（3）：37-39.